DASAR TEORI
F. Kontrol PID Digital
2. Kontrol Integral
2.3 Driver H-Brigde Mosfet
3. Atmega 16U2 menggantikan 8U2. [6]
2.3 Driver H-Brigde Mosfet
H-bridge adalah sebuah perangkat keras berupa rangkaian yang berfungsi
untuk menggerakan motor. Rangkaian ini diberinama H-bridge karena bentuk
rangkaiannya yang menyerupai huruf H. Rangkaian ini terdiri dari dua buah
Mosfet kanal P dan dua buah Mosfet kanal N. Prinsip kerja dari rangkaian ini
adalah mengatur mati-hidupnya keempat Mosfet tersebut.
Gambar 2.5 Board Driver H-Bridge Mosfet
Pada dasarnya rangkaian H-Bridge merupakan rangkaian saklar sederhana seperti
di bawah ini.
23
Gambar diatas merupakan bentuk sederhana dari prinsip H-Bridge driver motor.
Dapat dilihat pada gambar diatas terdapat empat buah switch yang berfungsi untuk
mengontrol arah putaran dari motor.
Gambar 2.7 Skematik Driver Motor Mosfet (2)
Perhatikan gambar di atas ini, pada saat SW1 dan SW4 ditekan secara bersamaan,
maka arah aliran arus akan mengalir dari positif ke ground melewati motor
dimana terminal bagian kiri motor mendapatkan tegangan positif dan bagian
kanan motor mendapatkan ground. Hal ini akan membuat motor berputar searah
jarum jam (dapat dilihat pada gambar kecepatan motor +66.0). Selanjutnya
24
Gambar 2.8 Skematik Driver Motor Mosfet (3)
Pada gambar ketiga ini, saklar yang aktif adalah SW2 dan SW3. Hal ini
juga dapat membuat arus mengalir dari positif ke ground. Namun berbeda dari
gambar 2, pada gambar ketiga ini terminal motor pada sebelah kiri mendapatkan
ground sedangkan terminal motor sebelah kanan mendapatkan tegangan positif.
Hal ini berlawanan dengan kondisi pada gambar 2, sehingga arah putaran motor
menjadi berbalik dari arah sebelumnya menjadi berlawanan arah jarum jam. Hal
ini dapat dilihat pada gambar, dimana tertulis kecepatan adalah -54.7 (nilai minus
berarti arah putarannya terbalik). Rangkaian H-Bridge sederhana diatas sudah
dapat digunakan untuk mengontrol arah putaran motor DC, kita dapat mengganti
saklar tersebut dengan saklar elektronik (relay atau transistor). Dengan
menggunakan relay atau transistor dapat mengontrol on/off dari saklar elektronik
melalui mikrokontroler atau mikroprosesor. [7]
2.4 Sensor HC-SR04
Sensor HC-SR04 adalah sensor pengukur jarak berbasis gelombang
25
yaitu receiver dan transmitter yang mempunyai fungsi sebagai penghasil
gelombang dan penerima gelombang. Prinsip kerja sesnsor ini mirip dengan radar
ultrasonik. Gelombang ultrasonik dipancarkan kemudian diterimabalik oleh
receiver ultrasonik. Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah
representasi dari jarak objek. Sensor ini cocok untuk aplikasi elektronik yang
memerlukan deteksi jarak termasuk untuk sensor pada robot.
Gambar 2.9 Sensor HC-SR04
Sensor ultrasonic HC-SR04 yang mempunyai 4 pin. satu pin VCC sebagai
pin masukan tegangan dan diimbangi pin GND untuk grounding, sedangkan dari
pin sisanya adalah trigger dan echo pin yang akan mempengaruhi gelombang
ultrasonik itu sendiri. Untuk menghubungkan sensor ultrasonik cukup
menghubungkan pin VCC dan GND ke +5 V dan GND arduino serta pin trigger
dan echo terhubung dengan pin digital arduino.
Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas
frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan
bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut
transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal
ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika
26
oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan
ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak
terhadap benda didepannya (bidang pantul).
Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal
atau gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal
tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian
penerima Ultrasonik. Setelah sinyal tersebut sampai ke penerima ultrasonik,
kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak
dihitung berdasarkan rumus
S =
…...(2.8)
Di mana S (cm) adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang
pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik
sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik. Berikut spesifikasi
sensor jarak HC-SR04.
Tabel 2.2 Spesifikasi Sensor HC-SR04
Working Voltage 5V(DC)
Static current Less than 2mA
Output signal Electric frequency signal, high level 5V, low
level 0V
Sensor angle Not more than 15 degrees
Detection distance 2cm-450cm.
27
Input trigger signal 10us TTL impulse
Echo signal Output TTL PWL signal
Pinout 1. VCC
2. Trigger(T) 3. Echo(R) 4. GND
HC-SR04 menembakkan 8 pulsa sinyal ultrasonik yang dimodulasi pada
frekuensi 40KHz. Pulsa sinyal tersebut ditembakkan setelah pin trigger(2) diberi
pulsa logic “1” selama 10 micro second oleh arduino. Sinyal yang ditembakkan
tadi kemudian dipantulkan benda didepannya lalu diterima receiver. Sensor lalu
mengukur waktu tempuh sinyal echo tersebut dan megolahnya menjadi jarak.
Pin echo(3) akan menghasilkan pulsa logic “1” untuk dibaca oleh Arduino.
Lebar pulsa tersebut yaitu 150us sampai dengan 25ms sesuai jarak, dan 38ms jika
tidak ada halangan di depan sensor. Untuk mengkonversikannya ke cm, lebar
pulsa harus dibagi 58, sedangkan untuk mengkonversikannya ke dalam inci, lebar
pulsa dibagi 148. [8]
2.5 Motor DC (Direct Current)
Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus
searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik.
Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan
kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor arus searah,
langsung/direct-28
unidirectional. Motor DC memiliki 3 bagian atau komponen utama untuk dapat
berputar sebagai berikut.
Gambar 2.10 Skematik Sederhana Motor DC
Bagian Atau Komponen Utama Motor DC
1. Kutub medan
Kutub medan berfungsi untuk perputaran motor dc karena
interaksi antara dua kutub magnet yang akan menggerakan
bearing pada ruang kutub medan. Motor DC sederhana memiliki
dua kutub medan kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik
energi membesar melintasi bukaan antara kutub magnet. Untuk
motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau
lebih elektromagnet.
2. Current Elektromagnet atau Dinamo
Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as
penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC
29
oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet
berganti lokasi.
3. Commutator
Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC.
Kegunaannya adalah untuk transmisi arus antara dinamo dan
sumber daya. [9]
2.6. PWM (Pulse Width Moudulation)
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara
memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode,
untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Bebarapa contoh aplikasi
PWM adalah pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau
tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan,
serta aplikasi-aplikasi lainnya.
Gambar 2.11 Cara Kerja PWM
Ttotal = Thigh +Tlow ………..…. (2.9)
30
Vout = D x Vin ………..…… (2.11)
Vout = (Thigh/ Ttotal) x Vin ………..… (2.12)
Keterangan :
Thigh = rentang waktu pulsa high (s)
Tlow = rentang waktu pulsa low (s)
Ttotal = rentang waktu satu perioda (s)
D = duty cycle adalah lamanya pulsa high dalam satu perioda (%)
Vout = tegangan keluaran (Volt)
Vin = tegangan masukan (Volt)
PWM adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa
(duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. Satu siklus pulsa
merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar
pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum
termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam
suatu periode sinyal dan di nyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0% sampai
100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi high terus menerus artinya
memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan
keadaan low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%. Penggunaan PWM
31
1. PWM sebagai data keluaran suatu perangkat. PWM dapat
digunakan sebagai data dari suatu perangkat, data
direpresentasikan dengan lebar pulsa positif (Tp).
2. PWM sebagai data masukan kendali suatu perangkat. Selain
sebagai data keluaran, PWM pun dapat digunakan sebagai data
masukan sebagai pengendali suatu perangkat. Salah satu
perangkat yang menggunakan data PWM sebagai data
masukannya adalah Motor DC Servo. Motor DC Servo itu sendiri
memiliki dua tipe: 1. Kontinyu, 2. Sudut. Pada tipe 1., PWM
digunakan untuk menentukan arah Motor DC Servo, sedangkan
pada tipe 2., PWM digunakan untuk menentukan posisi sudut
Motor DC Servo.
PWM sebagai pengendali kecepatan Motor DC bersikat. Motor DC
bersikat atau Motor DC yang biasa ditemui di pasaran yang memiliki kutub A dan
kutub B yang jika diberikan beda potensial diantara kedua-nya, maka Motor DC
akan berputar. Pada prinsipnya Motor DC jenis ini akan ada waktu antara saat
beda potensial diantara keduanya dihilangkan dan waktu berhentinya. Prinsip
inilah yang digunakan untuk mengendalikan kecepatan Motor DC jenis ini dengan
PWM, semakin besar lebar pulsa positif dari PWM maka akan semakin cepat
putaran Motor DC. Untuk mendapatkan putaran Motor DC yang halus, maka
32 2.7 Data Logger
Logging data (data logging) adalah proses otomatis pengumpulan dan
perekaman data dari sensor untuk tujuan pengarsipan atau tujuan analisis. Sensor
digunakan untuk mengkonversi besaran fisik menjadi sinyal listrik yang dapat
diukur secara otomatis dan akhirnya dikirimkan ke komputer atau mikroprosesor
untuk pengolahan. Berbagai macam sensor sekarang tersedia. Sebagai contoh,
suhu, intensitas cahaya, tingkat suara, sudut rotasi, posisi, kelembaban relatif, pH,
oksigen terlarut, pulsa (detak jantung), bernapas, kecepatan angin, dan gerak.
Selain itu, banyak peralatan laboratorium dengan output listrik dapat digunakan
bersama dengan konektor yang sesuai dengan data logger.
Gambar 2.12 SD card ATmega Data Logger
Data logger (perekam data) adalah sebuah alat elektronik yang mencatat
data dari waktu ke waktu baik yang terintegrasi dengan sensor dan instrumen
didalamnya maupun ekternal sensor dan instrumen. Atau secara singkat data
logger adalah alat untuk melakukan data logging. Biasanya ukuran fisiknya kecil,
bertenaga baterai, portabel, dan dilengkapi dengan mikroprosesor, memori
33
dengan komputer dan menggunakan software untuk mengaktifkan data
logger dan melihat dan menganalisa data yang terkumpul, sementara yang lain
memiliki peralatan antarmuka sendiri (keypad dan LCD) dan dapat digunakan
sebagai perangkat yang berdiri sendiri (Stand-alone device).
Salah satu keuntungan menggunakan data logger adalah kemampuannya
secara otomatis mengumpulkan data setiap 24 jam. Setelah diaktifkan, data
logger digunakan dan ditinggalkan untuk mengukur dan merekam informasi
selama periode pemantauan. Hal ini memungkinkan untuk mendapatkan
gambaran yang komprehensif tentang kondisi lingkungan yang dipantau,
34